Estimation of the potential of low grade heat sources for heat pump plants in district heating systems
Methodology and calculation formulas are proposed for estimating the thermal potential and its distribution by the regions of Ukraine for natural and artificial (anthropogenic) low-grade heat sources: ambient air, ventilation emissions of buildings connected to district heating systems, soils and gr...
Збережено в:
| Дата: | 2022 |
|---|---|
| Автори: | , , |
| Формат: | Стаття |
| Мова: | Українська |
| Опубліковано: |
General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine
2022
|
| Теми: | |
| Онлайн доступ: | https://systemre.org/index.php/journal/article/view/567 |
| Теги: |
Додати тег
Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
|
| Назва журналу: | System Research in Energy |
| Завантажити файл: |  |
Репозитарії
System Research in Energy| _version_ | 1871104067533537280 |
|---|---|
| author | Derii , Volodymyr Sokolovska , Irina Teslenko , Oleksandr |
| author_facet | Derii , Volodymyr Sokolovska , Irina Teslenko , Oleksandr |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Volodymyr Derii ",
"institution": null
},
{
"author": "Irina Sokolovska ",
"institution": null
},
{
"author": "Oleksandr Teslenko ",
"institution": null
}
] |
| author_sort | Derii , Volodymyr |
| baseUrl_str | https://systemre.org/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-18T12:57:42Z |
| description | Methodology and calculation formulas are proposed for estimating the thermal potential and its distribution by the regions of Ukraine for natural and artificial (anthropogenic) low-grade heat sources: ambient air, ventilation emissions of buildings connected to district heating systems, soils and groundwater, large rivers, wastewater, waste heat of boilers and CHPs, and industrial waste heat. The availability of thermal potential of these sources for heat pump plants of district heating systems has been determined. Annual heat potential and average annual capacity were estimated for each of these sources. It is shown that the annual heat potential and average annual capacity available for heat pump plants in district heating systems are: 9,735 thous. Gcal and 905 MW for ambient air; 25,655 thous. Gcal and 1,871 MW for ventilation emissions of buildings; 2,628 thous. Gcal and 87 MW for soil and groundwater; 3,212 thous. Gcal and 299 MW for large rivers; 4,545 thous. Gcal and 338 MW for wastewater; 2,459 thous. Gcal and 724 MW for waste heat of boilers and CHPs; 7,661 thous. Gcal and 214 MW for industrial waste heat, respectively. The total thermal potential of the above-mentioned sources is 4.97 GW which enables the use of heat pump plants in district heating systems with a total capacity of about 7.5 GW. In the case of heat pump plants using low grade heat sources of natural origin, it must be taken into account that their intensive use can lead to their rapid thermal exhaustion and a significant impact on the environment. Therefore, it is necessary to maintain such level of energy use of natural low grade heat sources that would enable their exploitation without harming the environment. In the conditions of densely built-up cities of Ukraine, the use of heat of the soil and groundwater for heat pump plants will be limited due to the shortage of free land plots. It will also be problematic to use powerful air heat pump plants in populated areas due to their high noise level. |
| doi_str_mv | 10.15407/srenergy2022.01.004 |
| first_indexed | 2026-03-24T02:02:14Z |
| format | Article |
| fulltext |
4
В. ДЕРІЙ, І. СОКОЛОВСЬКА, О. ТЕСЛЕНКО
ISSN 2786-7102 (Online). Системні дослідження в енергетиці. 2022. 1(70)
ТЕХНОЛОГІЇ ЕНЕРГЕТИКИ,
ЕНЕРГЕТИЧНІ СИСТЕМИ І КОМПЛЕКСИ
ISSN 2786-7102 (Online). System Research in Energy. 2022. 1(70): 4–18
doi: https://doi.org/10.15407/srenergy2022.01.004
1. Вступ
Використання теплонасосних установок
(ТНУ) для утилізації природної та штучної
(антропогенної) низькопотенційної теплоти в
містах на сьогодні є перспективним напрямком
щодо зниження негативного впливу людства
на довкілля та підвищення енергоефективнос-
ті. Основними джерелами низькопотенційної
теплоти (ДНТ) в містах є навколишнє повітря,
природні водойми, системи вентиляції та кон-
диціювання житлових будинків, супермаркетів,
центрів обробки даних, тунелів електричних ка-
белів, метрополітенів. Крім того, можливо ви-
користовувати скидну теплоту каналізаційних
стоків, систем охолодження електричних під-
станцій та інших промислових установок.
Відомі роботи, в яких оцінювався загаль-
ний тепловий потенціал ДНТ природного по-
ходження, таких як ґрунт та ґрунтові води [1],
навколишнє повітря [2–4], геотермальна енер-
УДК 621.643.053 Володимир Дерій*, к.т.н., ст. наук. співр., https://orcid.org/0000-0002-5689-4897
Ірина Соколовська, к.т.н., https://orcid.org/0000-0003-1959-9837
Олександр Тесленко, к.т.н., https://orcid.org/0000-0002-3772-5991
Інститут загальної енергетики НАН України, вул. Антоновича, 172, 03150, м. Київ, Україна;
Institute of General Energy on NAS of Ukraine, 172, Antonovych Str., 03150, Kyiv, Ukraine;
e-mail: info@ienergy.kiev.ua
* Автор-кореспондент: derii.volodymyr@gmail.com
ОЦІНКА ПОТЕНЦІАЛУ ДЖЕРЕЛ НИЗЬКОПОТЕНЦІЙНОЇ ТЕПЛОТИ
ДЛЯ ТЕПЛОНАСОСНИХ УСТАНОВОК СИСТЕМ ЦЕНТРАЛІЗОВАНОГО ТЕПЛОПОСТАЧАННЯ
Анотація. Запропоновано методику та розрахункові формули для оцінки теплового по-
тенціалу та його розподілу по областям України природніх та штучних (антропогенних)
джерел низькопотенційної теплоти таких як: навколишнє повітря, вентиляційні викиди
будівель, під’єднаних до систем централізованого теплопостачання, ґрунти та ґрунтові
води, великі річки, стічні каналізаційні води, технологічні скиди котелень та ТЕЦ, те-
плові вторинні енергетичні ресурси у промисловості. Визначено доступність теплового
потенціалу цих джерел для теплонасосних установок систем централізованого тепло-
постачання. Для кожного з цих джерел оцінено річний тепловий потенціал та середньо-
річну потужність Показано, що доступний для теплонасосних установок систем центра-
лізованого теплопостачання річний тепловий потенціал та середньорічна потужність
становить для: навколишнього повітря – 9735 тис Гкал та 905 МВт; вентиляційних ви-
кидів будівель – 25655 тис. Гкал та 1871 МВт; ґрунту та ґрунтових вод – 2628 тис. Гкал
та 87 МВт; великих річок – 3212 тис. Гкал та 299 МВт; стічних каналізаційних вод –
4545 тис. Гкал та 338 МВт; технологічних скидів котелень та ТЕЦ – 2459 тис. Гкал та
724 МВт; теплових вторинних енергетичних ресурсів у промисловості 7661 тис. Гкал
та 214 МВт відповідно. Загальний тепловий потенціал зазначених вище джерел ста-
новить 4,97 ГВт, що дозволяє використовувати теплонасосні установки в системах
централізованого теплопостачання загальною потужністю близько 7,5 ГВт. У разі вико-
ристання теплонасосними установками джерел низькопотенційної теплоти природно-
го походження необхідно враховувати, що інтенсивна їх експлуатація може призвести
до їх швидкого теплового виснаження та суттєвого впливу на довкілля. Тому необхідно
підтримувати такий рівень використання енергії природних джерел низькопотенційної
теплоти, який дозволив би експлуатувати їх без шкоди для навколишнього середовища.
В умовах щільної забудови міст України використання теплоти ґрунту та ґрунтових вод
для теплонасосних установок буде обмеженим через дефіцит вільних земельних ді-
лянок. Також проблематичним буде використання потужних повітряних теплонасосних
установок у населених пунктах через їх великий рівень шуму.
Ключові слова: теплонасосні установки, системи централізованого теплопостачан-
ня, джерела низькопотенційної теплоти, тепловий потенціал.
© В. ДЕРІЙ, І. СОКОЛОВСЬКА, О. ТЕСЛЕНКО, 2022
5
Оцінка потенціалу джерел низькопотенційної теплоти для теплонасосних установок систем централізованого теплопостачання
ISSN 2786-7102 (Online). System Research in Energy. 2022. 1(70)
гія [5] та сонячна енергія [3]. Оцінено потен-
ціал деяких ДНТ антропогенного походження:
вторинних енергетичних ресурсів [6, 7], стіч-
них вод [8], димових газів котелень та тепло-
електроцентралей (ТЕЦ) [9, 10]. Але, на дум-
ку авторів, не оцінювався тепловий потенціал
вентиляційних викидів житлових, адміністра-
тивних та громадських будівель міст України.
Крім того, не визначено тепловий потенціал
ДНТ природного та антропогенного походжен-
ня, доступний для ТНУ систем централізова-
ного теплопостачання (СЦТ) міст у розрізі об-
ластей України.
У попередньому дослідженні авторів [11] зро-
блено огляд ДНТ природного та антропогенно-
го походження в Україні. Також було визначено
ДНТ, енергія яких може бути використана для
ТНУ СЦТ міст України, а саме: вентиляційних
викидів будівель, приєднаних до СЦТ, стічних
вод, ґрунту та ґрунтових вод, навколишнього по-
вітря, димових газів котелень і ТЕЦ, водойм, тех-
нологічних вод, викидів та скидів промислових
підприємств.
Метою даної роботи є визначення доступного
для ТНУ СЦТ теплового потенціалу вищезгада-
них ДНТ у розрізі областей України. У цих до-
слідженнях використано розрахунково-аналітич-
ний метод.
2. Методи та матеріали
Теплота вентиляційних викидів. Як відо-
мо, втрати теплової енергії в будівлях через
системи вентиляції можуть становити до 25%
від загального обсягу споживання ними тепло-
вої енергії [12]. Тому скидна теплота систем
вентиляції будівель може бути одним із ДНТ
для ТНУ. Для визначення теплового потенці-
алу вентиляційних викидів була використана
офіційна інформація щодо житлових будівель
України [13]. Також було зроблено припущен-
ня, що для мінімізації інвестиційних витрат
використовуватимуться тільки викиди теплоти
від будівель з централізованим опаленням. У
табл. 1 наведено дані щодо житлових площ для
міських поселень Україні [13]. Для перевірки
коректності інформації було визначено питому
вагу площ квартир з централізованим опален-
ням (ЦО) за формулою:
100
цо
i
i з
i
S
S
, (1)
де i – питома вага площ квартир з ЦО i-тої об-
ласті; цо
iS – площа квартир i-тої області з ЦО;
з
iS – загальна площа квартир i-тої області.
Результати розрахунків наведено в табл. 1
(третій стовпчик).
З табл. 1 видно, що 72,1% площ житлових
квартир України опалюється централізовано.
Це квартири, які опалюються централізовано
від систем автономного теплопостачання (вну-
трішньобудинкова система опалення, яка вико-
ристовується для теплозабезпечення окремого
багатоквартирного будинку), систем децентра-
лізованого теплопостачання (сукупність джерел
теплової енергії потужністю від 1 до 3 Гкал/
год, місцевих розподільчих теплових мереж),
систем помірно-централізованого теплопоста-
чання (сукупність джерел теплової енергії по-
тужністю від 3 до 20 Гкал/год, магістральних
та/або місцевих розподільчих теплових мереж)
та СЦТ – сукупність джерел теплової енергії,
магістральних та місцевих (розподільчих) те-
плових мереж, що об’єднані між собою та ви-
користовуються для теплозабезпечення спожи-
вача, населеного пункту, яка включає системи
децентралізованого та помірно-централізовано-
го теплопостачання [14]. У цій роботі визначено
площу квартир, які отримують теплову енергію
від СЦТ, сумарна частка яких становить близько
52% [15]. Крім того, відомо, що в Закарпатській
області централізоване теплопостачання взагалі
відсутнє [16, 17], а згідно інформації Державної
служби статистики України (Держстат) в цій об-
ласті опалюється понад 6 млн м2 житлової пло-
щі (60,2%). Для корегування інформації було
досліджено інші показники – частки квартир з
централізованим опаленням, які наведені Держ-
статом [13] та Міністерством розвитку громад
та територій України (Мінрегіон) [16] (табл. 1).
Площі квартир, які під’єднані до СЦТ, визнача-
лися за формулою:
корсцт цо
i i iS k S , (2)
де кор
ik – коефіцієнт корекції, який визначається
за формулою:
мр
кор i
i дс
i
k , (3)
де мр
i , дс
i – відносна вага кількості квартир з
централізованим опаленням i-ої області, згідно
даних Мінрегіону та Держстату України відпо-
відно.
Результати розрахунків наведено в табл. 1, з
якої видно, що площа квартир, приєднаних до
СЦТ України, близько 325,3 млн м2, що стано-
вить 54,4%. Отриманий результат практично
співпадає з даними, які наведені в [15] – 52%.
Кількість теплоти сцт
iQ і-тої області, скинутої
назовні системами вентиляції квартир, які при-
єднані до СЦТ, за опалювальний період можна
визначити за формулою:
6( ) 24 10сцт сцт ср оп
i i к i iQ kV C t t n , (4)
6
В. ДЕРІЙ, І. СОКОЛОВСЬКА, О. ТЕСЛЕНКО
ISSN 2786-7102 (Online). Системні дослідження в енергетиці. 2022. 1(70)
де k – коефіцієнт пропорційності – 0,2388;
сцт
iV – об’єм приміщень, приєднаних до СЦТ, м3;
– густина повітря (довідкові дані), 1,204 кг/м3;
C – масова теплоємність повітря (довідкові
дані), 1,007 кДж/(кг·К); ср
кt – середня темпе-
ратура повітря в приміщеннях (прийнято 18
ᵒС); оп
it – середня температура навколишнього
повітря i-тої області за опалювальний період;
i – тривалість опалювального періоду i-тої об-
ласті, діб; n – кратність повітряобміну в квар-
тирах, один раз за годину; 24 – кількість годин
у добі.
Об’єм приміщень, приєднаних до СЦТ, визна-
чався як добуток площ i-тої області на середню
їх висоту (2,75 м). Кількість діб опалювального
періоду та його середня температура визначалась
для кожної області згідно даних, які наведені в
ДСТУ-Н Б В.1.1-27:2010 [18]. Кратність пові-
тряобміну в квартирах приймалася згідно ДБН
В.2.2-15-2005 [19]. Результати розрахунків за
формулою (4) показано в табл. 2.
Оцінити загальний тепловий потенціал вен-
тиляційних скидів всіх приміщень, під’єднаних
до СЦТ, можна наступним чином. Відомо, що в
середньому 75% всіх площ приміщень, приєдна-
них до СЦТ, становлять житлові квартири, решта
25% – бюджетні, комерційні та релігійні органі-
зації. Тому в першому наближенні загальний те-
Таблиця 1. Житлові площі будівель міських поселень по областях України
Область/місто
Житлові площі будівель
міських поселень Квартири, які приєднано до СЦТ
Загальна
житлова
площа
квартир, м2
Площа
квартир з
централізо-
ваним
опаленням, м2
Питома вага
площ квартир
з централізо-
ваним
опаленням, %
Відносна вага
кількості квартир з
ЦО, %
Площі квартир,
приєднаних до
СЦТ
Держстат Мінрегіон м2 %
Вінницька 20043908 11332225 56,5 28,3 19 0,67 7608208 38,0
Волинська 11233828 7041390 62,7 32,5 33 1,02 7149719 63,6
Дніпропетровська 62204872 47244700 76,0 63 52 0,83 38995625 62,7
Донецька 44293719 31913133 72,0 60,9 46 0,76 24105158 54,4
Житомирська 16715678 9536183 57,0 30,1 12 0,40 3801801 22,7
Закарпатська 11536346 6942760 60,2 25,6 0 0,00 0 0,0
Запорізька 29799621 22793917 76,5 55,9 53 0,95 21611406 72,5
Івано-Франківська 15561639 8482105 54,5 26,5 10 0,38 3200794 20,6
Київська 30471907 21796225 71,5 39,9 34 0,85 18573224 61,0
Кіровоградська 14874262 9137781 61,4 37,9 16 0,42 3857638 25,9
Луганська 13551862 7876145 58,1 43 40 0,93 7326647 54,1
Львівська 32079278 17950940 56,0 33,5 31 0,93 16611318 51,8
Миколаївська 16878798 12570635 74,5 49,4 36 0,73 9160787 54,3
Одеська 34197170 24716024 72,3 46,3 45 0,97 24022054 70,2
Полтавська 19062705 13267429 69,6 38,7 42 1,09 14398760 75,5
Рівненська 10814922 7413504 68,5 32,8 23 0,70 5198494 48,1
Сумська 17486619 13182381 75,4 47,7 37 0,78 10225327 58,5
Тернопільська 11879937 7900156 66,5 30,2 11 0,36 2877540 24,2
Харківська 50772205 45082991 88,8 72,5 23 0,32 14302190 28,2
Херсонська 15731076 9712838 61,7 41,6 23 0,55 5370079 34,1
Хмельницька 16525559 10340615 62,6 32 22 0,69 7109173 43,0
Черкаська 15876253 10180658 64,1 32,3 28 0,87 8825338 55,6
Чернівецька 8620578 4495618 52,1 21,8 17 0,78 3505757 40,7
Чернігівська 14996803 9816908 65,5 33,4 28 0,84 8229743 54,9
м. Київ 63319923 60528915 95,6 99,1 97 0,98 59246264 93,6
Всього/
Середньозважене,
%
598529468 431256176 72,1 325313043 54,4
7
Оцінка потенціалу джерел низькопотенційної теплоти для теплонасосних установок систем централізованого теплопостачання
ISSN 2786-7102 (Online). System Research in Energy. 2022. 1(70)
пловий потенціал вентиляційних скидів від всіх
приміщень, під’єднаних до СЦТ, буде дорівнюва-
ти загальному потенціалу житлових приміщень,
помноженому на коефіцієнт 1,33, результати роз-
рахунків показано в табл. 2.
Для визначення середньої теплової потужнос-
ті вентиляційних скидів для приміщень, приєд-
наних до СЦТ України, протягом опалювального
сезону зроблено припущення, що на практиці
буде можлива теплоутилізація не більше поло-
вини загального обсягу вентиляційних викидів.
Середня доступна теплова потужність венти-
ляційних скидів житлових та адміністративних
приміщень визначалася за формулою
21,163
24
сцт
сцт i
i д
i
Q
q k k , (5)
де 1,163 – коефіцієнт пропорційності між
Гкал та МВт; дk = 0,5 – коефіцієнт доступнос-
ті, згідно прийнятого припущення; 2k – коефі-
цієнт, який враховує зміну клімату (потеплін-
ня), прийнятий рівним 0,8; – коефіцієнт
перетворення теплообмінників (прийнятий
рівним 0,7).
Пояснення щодо коефіцієнта 2k : У розрахун-
ках за формулою (4) використовувалися дані
щодо середньої температури та кількості діб
опалювального періоду для нормативного року.
Таблиця 2. Тепловий потенціал вентиляційних скидів будівель,
приєднаних до СЦТ, по областях України
Область/місто
Об’єм
квартир,
приєднаних
до СЦТ, м3
Тривалість
ОП, діб
Середня
температура
за ОП, ᵒС
Потенціал, тис Гкал
Доступна
потужність,
МВт
житлових квартир,
приєднаних до
СЦТ
всіх приміщень,
приєднаних до
СЦТ
Вінницька 20922571 182 –0,2 482,7 642,0 45,0
Волинська 19661727 177 0,5 424,0 563,9 40,6
Дніпропетровська 107237970 172 0,2 2281,7 3034,7 225,0
Донецька 66289184 176 –0,2 1474,9 1961,6 142,1
Житомирська 10454951 184 –0,3 244,7 325,4 22,6
Закарпатська 0 152 2,5 0,0 0,0 0,0
Запорізька 59431367 173 0,5 1249,7 1662,1 122,5
Івано-
Франківська 8802184 179 0,4 192,6 256,2 18,2
Київська 51076367 176 0,1 1118,9 1488,1 107,8
Кіровоградська 10608506 174 0,6 223,6 297,4 21,8
Луганська 20148278 172 0,1 430,9 573,1 42,5
Львівська 45681123 179 0,1 1014,9 1349,9 96,2
Миколаївська 25192163 161 1,8 456,4 607,0 48,1
Одеська 66060647 151 2,9 1046,1 1391,3 117,5
Полтавська 39596590 180 –0,5 916,9 1219,4 86,4
Рівненська 14295858 182 0,0 325,5 432,9 30,3
Сумська 28119649 185 –1,1 690,9 918,9 63,3
Тернопільська 7913236 184 –0,3 185,2 246,3 17,1
Харківська 39331023 178 –0,5 900,1 1197,1 85,8
Херсонська 14767716 165 1,6 277,2 368,7 28,5
Хмельницька 19550225 183 –0,2 451,5 600,5 41,8
Черкаська 24269680 177 –0,1 539,2 717,1 51,7
Чернівецька 9640832 175 0,6 203,7 270,9 19,7
Чернігівська 22631794 192 –1,5 589,2 783,6 52,0
м. Київ 162927226 176 0,1 3569,2 4747,0 343,9
Всього 894610869 19289,4 25654,9 1870,5
Примітка. ОП – опалювальний період
8
В. ДЕРІЙ, І. СОКОЛОВСЬКА, О. ТЕСЛЕНКО
ISSN 2786-7102 (Online). Системні дослідження в енергетиці. 2022. 1(70)
Таблиця 3. Доступний для використання в СЦТ областей України тепловий потенціал стічних вод
Область/місто
Економічно доцільний
потенціал,
тис. МВт·год/рік
Покриття
території СЦТ, %
[16]
Доступний потенціал
для СЦТ,
тис. Гкал/рік
Доступна
потужність,
МВт
Вінницька 239 19 39,0 2,9
Волинська 144 33 40,9 3,0
Дніпропетровська 1809 52 808,8 60,1
Донецька 766 46 303,0 22,5
Житомирська 187 12 19,3 1,4
Закарпатська 142 0 0,0 0,0
Запорізька 576 53 262,5 19,5
Івано-Франківська 342 10 29,4 2,2
Київська 249,3 34 72,9 5,4
Кіровоградська 169 16 23,3 1,7
Луганська 249 40 85,6 6,4
Львівська 981 31 261,5 19,4
Миколаївська 245 36 75,8 5,6
Одеська 651 45 251,9 18,7
Полтавська 320 42 115,6 8,6
Рівненська 196 23 38,8 2,9
Сумська 171 37 54,4 4,0
Тернопільська 141 11 13,3 1,0
Харківська 1059 52 473,5 35,2
Херсонська 168 23 33,2 2,5
Хмельницька 203 22 38,4 2,9
Черкаська 290 28 69,8 5,2
Чернівецька 99 17 14,5 1,1
Чернігівська 179 24 36,9 2,7
м. Київ 1657,9 97 1382,8 102,8
Всього 11233,2 4545,1 337,9
Але фактичні ці показники протягом останніх
років змінилися у зв’язку із потеплінням.
Таким чином, проведений аналіз показав, що
повний потенціал вентиляційних скидів низкопо-
тенційної теплоти для приміщень, приєднаних до
СЦТ України, становить близько 24,1 млн Гкал, а
доступна середня теплова потужність за опалю-
вальний сезон – 1870,5 МВт.
Скидна низькопо тенційна теплота стічних
вод. Життєдіяльність людей пов’язана з постій-
ним використанням гарячої води. Спочатку ви-
трачається енергія для нагрівання води, потім
після її використання, ця енергія втрачається,
забруднюючи навколишнє середовище. Вико-
ристана гаряча вода є цінним джерелом низько-
потенційної теплоти. Її температура зимою ста-
новить близько 12 °С, а в літній період – 20 °С.
В українських містах стічні води утворюються
у величезній кількості. Так, наприклад, кожної
доби в місті Києві утворюється понад 1,4 млн м3,
в Одесі – 400 тис. м3, у Вінниці – 110 тис. м3. За-
галом по Україні – понад 10 млн м3 за добу [20].
Енергетичний потенціал стічних вод України був
ретельно досліджений та оцінений (теоретич-
ний, технічний, економічно доцільний для кож-
ної області України [8]. Для подальшого аналізу
було зроблено припущення, що реалізація еко-
номічно доцільного потенціалу теплової енергії
стічних вод в СЦТ буде пропорційною їх покрит-
тям територій областей [16]. Відповідно до цього
доступний економічно доцільний потенціал стіч-
них вод для СЦТ визначався за виразом
100
сцт
св еп i
j iQ Q , (6)
де св
jQ – доступний для СЦТ економічно доціль-
ний потенціал стічних вод i-ої області; еп
iQ – по-
вний економічно доцільний потенціал стічних
вод j-ої області; сцт
i – коефіцієнт покриття СЦТ
i-ої області, %.
Доступна потужність каналізаційних стоків
визначалася за формулою (5), при цьому коефі-
цієнт k1 = 0,8, а k2 = 1. Результати розрахунків по-
казано в табл. 3.
9
Оцінка потенціалу джерел низькопотенційної теплоти для теплонасосних установок систем централізованого теплопостачання
ISSN 2786-7102 (Online). System Research in Energy. 2022. 1(70)
Таким чином, проведений аналіз показав,
що доступний для використання в СЦТ Укра-
їни тепловий потенціал стічних вод становить
4545,1 тис. Гкал у рік, а середня теплова потуж-
ність – 337,9 МВт.
Потенціал низькопотенційної теплоти
ґрунту та ґрунтових вод. У роботі [1] наведе-
но показники різних видів теплового потенці-
алу ґрунту та ґрунтових вод областей України.
Оскільки публікація вийшла в 2001 р., то для
подальшого аналізу наведені показники було
скориговано – не враховувалися тимчасово оку-
повані території України. Доступний для СЦТ
тепловий потенціал ґрунту та ґрунтових вод ви-
значався аналогічно виразу (5). Результати роз-
рахунків наведено в табл. 4.
Як видно з табл. 4, доступний для СЦТ те-
пловий потенціал ґрунту та ґрунтових вод Укра-
їни становить 2628,4 тис. МВт·год у рік, або
2260 тис. Гкал у рік. Але в умовах щільної за-
будови міст його використання буде дуже про-
блематичним, особливо у разі використання те-
плових насосів з горизонтальними колекторами.
Тому було зроблено припущення, що цей потен-
ціал буде використано на 25%. З урахуванням
зазначеного обчислено середню теплову потуж-
ність, результати показано в табл. 5.
Тепловий потенціал навколишнього повітря.
Навколишнє повітря на сьогодні є найдоступні-
шим ДНТ. Обсяг європейського ринку теплових
насосів «повітря-вода» у 2018 р. становив 368 900
од. обладнання, що на 14,3% більше, ніж в 2017 р.
Найбільше зростання продажів теплових насосів
«повітря-вода» було у Франції (16,2%), Німеччині
та Італії – частка цих трьох країн становить майже
70% від усіх продажів в Європі [21].
Таблиця 4. Потенціал низькопотенційної теплоти ґрунту та ґрунтових вод для областей України
Область Загальний
потенціал
Технічний
потенціал
Економічно-
доцільний
потенціал
Покриття
території
СЦТ, % [16]
Доступний
потенціал для
СЦТ, тис. Гкал/рік
Середня теплова
потужність,
МВт
Вінницька 4731 3379 513 19 97,5 3,2
Волинська 3321 2372 290 33 95,7 3,2
Дніпропетровська 15438 11027 424 52 220,5 7,3
Донецька 7711 5507 1328 46 610,9 20,3
Житомирська 3374 2410 428 12 51,4 1,7
Закарпатська 5093 3638 79 0 0,0 0,0
Запорізька 3833 2738 355 53 188,2 6,2
Івано-Франківська 5532 3951 51 10 5,1 0,2
Київська 12966 9262 192 34 65,3 2,2
Кіровоградська 3720 2657 833 16 133,3 4,4
Луганська 5285 3775 979 40 391,6 13,0
Львівська 11941 8529 203 31 62,9 2,1
Миколаївська 3441 2458 117 36 42,1 1,4
Одеська 4015 2868 195 45 87,8 2,9
Полтавська 9163 6545 162 42 68,0 2,3
Рівненська 3106 2219 225 23 51,8 1,7
Сумська 4492 3208 239 37 88,4 2,9
Тернопільська 3819 2728 194 11 21,3 0,7
Харківська 12125 8661 153 52 79,6 2,6
Херсонська 2597 1855 172 23 39,6 1,3
Хмельницька 4438 3170 171 22 37,6 1,2
Черкаська 4286 3061 476 28 133,3 4,4
Чернівецька 2149 1535 123 17 20,9 0,7
Чернігівська 3930 2807 149 24 35,8 1,2
Всього 140506 100360 8051 2628,35 87,2
10
В. ДЕРІЙ, І. СОКОЛОВСЬКА, О. ТЕСЛЕНКО
ISSN 2786-7102 (Online). Системні дослідження в енергетиці. 2022. 1(70)
Це пояснюється, насамперед, тим, що техніч-
ні характеристики насосів типу «повітря-вода»
є досить високими (шведські ТН фірми «ctpus»
гарантовано працюють навіть за температури
зовнішнього повітря –40 ºС), а капітальні витра-
ти на їх впровадження є суттєво меншими по-
рівняно з ґрунтовими [2]. У книзі [3] та на сайті
Державного агентства з енергоефективності та
енергозбереження України [4] наведено інфор-
мацію щодо технічно досяжного теплового по-
тенціалу повітря по областям країни. У роботі
[2] наведено інформацію щодо економічно до-
цільного потенціалу повітря для України в ці-
лому, який становить 3,5 млн т у. п. на рік. Цей
потенціал розподілявся по областям України
пропорційно розподіленню технічно досяжно-
му потенціалу за формулою:
тд
ед едi
i утд
у
,
(7)
де ед
i – економічно доцільний потенціал повітря
i-ої області; тд
i – технічно досяжний потенціал
повітря i-ої області; тд
у , д
у
е – технічно досяж-
ний та економічно доцільний потенціали повітря
в Україні, відповідно.
Доступний тепловий потенціал навколишньо-
го повітря для використання в СЦТ визначався
аналогічно виразу (5) з урахуванням їх покриття
в i-ій області. Результати розрахунків наведено в
табл. 5.
Таблиця 5. Тепловий потенціал навколишнього повітря по областям України
Область
Технічно
досяжний
потенціал повітря,
тис. МВт·год/ рік
Економічно-
доцільний
потенціал повітря,
тис. МВт·год / рік
Покриття
території
СЦТ,
% [16]
Економічно-
доцільний потенціал
повітря досяжний для
СЦТ, тис. Гкал / рік
Середня
потужність
для ТНУ
СЦТ, МВт
Вінницька 814 330,8 19 54,0 5,0
Волинська 977 397,1 33 112,7 10,5
Дніпропетровська 9768 3969,8 52 1775,0 165,0
Донецька 11966 4863,1 46 1923,5 178,8
Житомирська 977 397,1 12 41,0 3,8
Закарпатська 651 264,6 0 0,0 0,0
Запорізька 4076 1656,5 53 754,9 70,2
Івано-
Франківська 997 405,2 10 34,8 3,2
Київська 10012 4069,0 34 1189,6 110,5
Кіровоградська 1628 661,6 16 91,0 8,5
Луганська 4721 1918,7 40 659,9 61,3
Львівська 2035 827,0 31 220,5 20,5
Миколаївська 1465 595,4 36 184,3 17,1
Одеська 2686 1091,6 45 422,4 39,3
Полтавська 2442 992,5 42 358,4 33,3
Рівненська 651 264,6 23 52,3 4,9
Сумська 1465 595,4 37 189,4 17,6
Тернопільська 488 198,3 11 18,8 1,7
Харківська 6593 2679,5 52 1198,0 111,3
Херсонська 814 330,8 23 65,4 6,1
Хмельницька 977 397,1 22 75,1 7,0
Черкаська 1302 529,1 28 127,4 11,8
Чернівецька 1302 529,1 17 77,3 7,2
Чернігівська 1302 529,1 24 109,2 10,1
Всього 70109 28493,0 9734,9 904,7
Примітка. Без урахування окупованих територій.
11
Оцінка потенціалу джерел низькопотенційної теплоти для теплонасосних установок систем централізованого теплопостачання
ISSN 2786-7102 (Online). System Research in Energy. 2022. 1(70)
З табл. 5 видно, що економічно доцільний
тепловий потенціал навколишнього повітря,
досяжний для використання в СЦТ, становить
9734,9 тис. Гкал на рік, а сумарна теплова потуж-
ність цього ДНТ для ТНУ в СЦТ – 904,7 МВт.
Обмеженнями щодо використання повітря як
ДНТ можуть бути інвестиційні витрати та рівень
негативного акустичного впливу, який утворю-
ють повітряні нагнітальні вентилятори таких те-
плових насосів.
Геотермальна енергія. Найбільш поширеним
і придатним у даний час для технічного викорис-
тання джерелом геотермальної енергії в Україні
є гідротермальні ресурси. Затверджені Мініс-
терством екології та природних ресурсів Украї-
ни потенційні геотермальні ресурси теплоенер-
гетичних вод становлять 27,3 млн м3/добу, а їх
теплоенергетичний потенціал біля 84 млн Гкал/
рік. За розрахунками Інституту відновлюваль-
ної енергетики НАН України, річний технічно
досяжний енергетичний потенціал теплової ге-
отермальної енергії в Україні є еквівалентним
6,9 млн т н.е., а його використання дозволить
заощадити біля 5,6 млрд м3 природного газу
в рік [5]. Найбільш сприятливими геотерміч-
ними умовами для освоєння гідротермальних
ресурсів характеризуються Передкарпатський
(Львівська, Івано-Франківська, частково Черні-
вецька області) та Закарпатський (Закарпатська
область) прогини, Дніпровсько-Донецька запа-
дина (Чернігівська, Полтавська, Сумська, Хар-
ківська, Дніпропетровська області), Степовий
Крим та узбережжя Чорного моря (Херсонська
та Одеська області) [1]. У більшості випадків
тепловий потенціал геотермальних вод достат-
ньо високий (˃˃ 40 ᵒС), і тому немає необхід-
ності у використанні теплових насосів для його
підвищення. Це можуть бути тільки поодинокі
випадки. Тому це джерело теплової енергії для
ТНУ не взято до уваги і в даному дослідженні
не було проаналізовано.
Тепловий потенціал річок України. В Укра-
їні є п’ять основних річок, на берегах яких
розташовані великі міста з наявними СЦТ: р.
Дніпро (міста-обласні центри Київ, Черкаси,
Дніпро, Запоріжжя, Херсон), р. Дністер (міста
Старий Самбір, Рибниця, Дрогобич), р. Пів-
денний Буг (міста-обласні центри Хмельниць-
кий, Вінниця, Миколаїв), р. Сіверський Донець
(міста Чугуїв, Ізюм, Лисичанськ, Святогорськ,
Северодонецк) та прикордонна р. Дунай (міс-
та-порти Ізмаїл та Рені). Для оцінки доступно-
го теплового потенціалу води річок, призначе-
ного для подальшого використання в системах
теплопостачання, у подальших розрахунках
прийнято охолодження води річки на 2 °С. Ви-
трата води в річках України має протягом року
майже однакові значення, за виключенням ко-
ротких періодів весняних повеней та літньої
межені. Головні ріки України та основні їх по-
казники [22]:
р. Дніпро (загальна довжина 2 201 км, у
межах України – 981 км; стік (середній річний)
53,5 км3/рік);
р. Дністер (загальна довжина 1 362 км, у меж-
ах України – 705 км; стік 8,7 км3/рік);
р. Південний Буг (довжина 806 км; стік
3,4 км3/рік);
р. Сіверський Донець (загальна довжина
1 053 км, у межах України – 672 км; стік 5 км3/рік);
р. Дунай (загальна довжина 2961 км, у межах
України – 174 км; стік 123 км3/рік).
Температурний режим річок в Україні має
яскраво виражений сезонний характер. З квіт-
ня по вересень температура води в річках ко-
ливається від 15 до 23 °С, що припадає на нео-
палювальний період. З вересня по березень (в
опалювальний період року) температура води
в річках змінюється в діапазоні від 2 до 8 °С.
Саме ця обставина визначає особливості ви-
користання низкопотенційної теплоти води рі-
чок із застосуванням ТНУ для теплопостачан-
ня, зважаючи на різницю температури ДНТ та
температурою теплоносія в тепловій мережі.
В опалювальний період ця різниця може дося-
гати до 65–75 °С, що обумовлює низький кое-
фіцієнт трансформації енергії (не більше 2,5).
У неопалювальний період у разі гарячого во-
допостачання ця різниця не перевищує 40 °С,
що забезпечує достатньо високий коефіцієнт
трансформації енергії (понад 3,5).
Доступний теплоенергетичний потенціал
води річок д
mE (ГДж/рік) було обчислено за такою
формулою:
д
m CpE tWp, (8)
де Cp – питома теплоємність води, 4190 Дж /
(кг∙оС) за 15 °С; – густина води, 998 кг/м3 за
15 °С; t – зміна температури річкової води в
конденсаторі теплового насосу, прийнято рівною
2 °С; Wp – річний стік (об᾽єм) води річки, км3/рік.
Результати розрахунку доступного теплового
потенціалу води основних річок України за фор-
мулою (8) наведено в табл. 6.
Таким чином, тепловий потенціал води осно-
вних річок України демонструє можливість ви-
користання значного обсягу низькопотенційної
енергії для потреб теплопостачання міст країни,
який досягає 1619,1 млн ГДж/рік (або 55,28 млн
т у.п./рік, або 386,6 млн Гкал/рік). Доступний по-
тенціал для СЦТ прийнято рівним 2% від загаль-
ного, що становить 3,2 млн Гкал.
12
В. ДЕРІЙ, І. СОКОЛОВСЬКА, О. ТЕСЛЕНКО
ISSN 2786-7102 (Online). Системні дослідження в енергетиці. 2022. 1(70)
Середню потужність теплових потоків цих
ДНТ за рік можна визначити за формулою:
1,163 i
i д р
Q
q k
t
, (9)
де iq – потужність теплового потоку ДНТ i-тої
області; 1,163 – коефіцієнт пропорційності між
Гкал/год та МВт; дk – коефіцієнт доступності
до ДНТ (прийнято рівним 0,02); – коефіцієнт
перетворення теплообмінника (прийнято рівним
0,8); iQ – доступний потенціал теплоти ДНТ i-тої
області; рt – кількість годин у році.
Підставляючи дані у формулу (9) отримаємо
середнє значення потужності теплових потоків
річок України, яке для України буде дорівню-
вати 298,5 МBт. Розподіл теплового потенціалу
річок України по областям був зроблений про-
порційно їх покриттям СЦТ. Результати наве-
дено в табл. 7.
Таблиця 6. Тепловий потенціал води основних річок України
Назва річки Області України,
через які протікає річка
Доступний теплоенергетичний потенціал
води річок, ×106 ГДж/рік (×106 т у. п.)
Дніпро
Чернігівська, Київська, Черкаська,
Кіровоградська, Полтавська,
Дніпропетровська, Запорізька, Херсонська
447,4 (15,37)
Дністер Львівська, Івано-Франківська, Тернопільська,
Чернівецька, Хмельницька, Вінницька, Одеська 72,7 (2,48)
Південний Буг Хмельницька, Кіровоградська,
Миколаївська, Вінницька, Одеська 28,4 (0,97)
Сіверський Донець Харківська, Донецька, Луганська 41,8 (1,43)
Дунай Одеська 1028,7 (35,12)
Загалом 1619,1 (55,28)
Таблиця 7. Досяжна середня теплова потужність річок України
Область Дніпро Дністер Південній Буг Сіверський Донець Дунай Всього
тис. Гкал/рік МВт
Вінницька 39,1 17,3 56,5 5,2
Волинська
Дніпропетровська 588,2 588,2 54,7
Донецька 66,7 66,7 6,2
Житомирська
Закарпатська
Запорізька
Івано-Франківська 20,6 20,6 1,9
Київська 384,6 384,6 35,7
Кіровоградська 181,0 14,6 195,6 18,2
Луганська 58,0 58,0 5,4
Львівська 63,8 63,8 5,9
Миколаївська 32,9 32,9 3,1
Одеська 92,7 41,1 185,7 319,5 29,7
Полтавська 475,1 475,1 44,2
Рівненська
Сумська
Тернопільська 22,7 22,7 2,1
Харківська 75,4 75,4 7,0
Херсонська 260,2 260,2 24,2
Хмельницька 45,3 20,1 65,4 6,1
Черкаська 316,7 316,7 29,4
Чернівецька 192,3 17,5 209,8 19,5
Чернігівська
Всього 2398,2 301,7 126,0 200,0 185,74 3211,6 298,5
13
Оцінка потенціалу джерел низькопотенційної теплоти для теплонасосних установок систем централізованого теплопостачання
ISSN 2786-7102 (Online). System Research in Energy. 2022. 1(70)
Потенціал теплових вторинних енергетич-
них ресурсів у промисловості. На поточний час
ефективне використання вторинних енерге-
тичних ресурсів (ВЕР) є важливим напрямом
енергозбереження, як у світі, так і в Україні.
Обсяги виходу ВЕР визначаються як енерге-
тичний потенціал продукції, відходів, побіч-
них і проміжних продуктів, що утворюються в
технологічних агрегатах (установках), який не
використовується в самому агрегаті, але може
бути частково, або повністю використаний для
енергопостачання інших споживачів [23]. Щодо
теплових ВЕР (ТВЕР), то, згідно з оцінками, їх
основну частину становлять низькопотенційні
ТВЕР, температура яких нижче 200 °С. У пері-
од з 2005 по 2010 рр. частка низькопотенційних
ТВЕР становила приблизно половину виходу
всіх видів ВЕР.
Держстат України оприлюднює інформа-
ційні дані щодо виробництва промислової
продукції за видами економічної діяльності
по регіонах України, зокрема, за 2019 р. [24],
які наведено без урахування тимчасово окупо-
ваної території Автономної Республіки Крим,
м. Севастополя та тимчасово окупованих те-
риторій у Донецькій та Луганської областей.
Однак в інформації Держстату України інфор-
мація щодо виробництва видів продукції в
регіоні представлена як конфіденційна, якщо
в цьому регіоні є тільки одне підприємство з
виробництва цього виду продукції. Ця обста-
вина дозволила виконати розрахунки потенці-
алу ТВЕР за даними Держстату України тіль-
ки в цілому. Таким чином, сумарний річний
енергетичний потенціал ТВЕР буде становити
32 075,8 тис ГДж, або 7 660,8 тис Гкал, а по-
тужність, визначена за формулою (9) – 213,6
МВт. При цьому коефіцієнт доступності при-
ймався рівним 0,3, а коефіцієнт перетворення
теплообмінника – 0,7.
Потенціал скидної теплоти котелень та
ТЕЦ України. Під час вироблення теплової
енергії частина її втрачається з димовими га-
зами (відхідними газоподібними продуктами
згорання палива). Зробимо припущення, що
середній ККД котелень становить 90%, а ТЕЦ
– 95% . Тоді втрати теплової енергії з димови-
ми газами в котельнях буде 10%, а ТЕЦ – 5%
[9, 10]. Для розрахунків визначимо середньо-
зважені втрати теплової енергії з димовими га-
зами. У 2020 р. теплогенеруючими підприєм-
ствами для цілей опалювання, на постачання
гарячої води та комунально-побутові потреби
було відпущено 88954 тис. Гкал теплової енер-
гії, частка ТЕЦ становила 25 517 тис. Гкал
(28,6%) [25]. Тоді середньозважені втрати те-
плової енергії з димовими газами будуть стано-
вити 8,6%. Потенціал теплової енергії димових
газів розподілено по областям України пропо-
рційно їх покриттям СЦТ. Середня потужність
розраховувалася для опалювального періоду за
формулою (9) із виключенням частини тепло-
вої енергії, витраченої на постачання гарячої
води в неопалювальний період. Результати роз-
рахунків наведено в табл. 8.
3. Результати досліджень
Узагальнені результати оцінки теплового
потенціалу ДНТ, які доступні для СЦТ, наве-
дено в підсумковій табл. 9.
З урахуванням промислових ТВЕР сумарна
потужність ДНТ для ТНУ СЦТ становитиме
4 970 МВт, що дозволяє використовувати ТНУ
загальною потужністю близько 7,5 ГВт.
У результаті даного дослідження було оці-
нено тепловий потенціал ДНТ природного та
штучного походження для використання в по-
тужних ТНУ для СЦТ. Але існують деякі засте-
реження у разі використання низькопотенційної
теплоти природних джерел.
Так, у разі використання теплоти ґрунту необ-
хідно враховувати, що за горизонтального роз-
ташування земляного колектору ТНУ, тепловід-
дача різних ґрунтів становить 10–35 Вт/м2 (для
оціночних розрахунків приймають 20 Вт/м2).
Для вертикальних ґрунтових зондів тепловід-
дача становить 45–50 Вт/м довжини, глибина
свердловин сягає до 200 м, відстань між ними
становить 5–15 м. Для ТН тепловою потужніс-
тю 1 МВт горизонтальний колектор буде займа-
ти площу 500000 м2, а для вертикальних зондів
знадобиться 200 стометрових свердловин, які
займуть площу близько 44000 м2. Безумовно,
що в умовах щільної забудови великих міст та
дефіциту вільних майданчиків використання
ґрунтових ДНТ буде дуже проблематичним.
Іншим фактором у разі використання ґрун-
тових ТНУ є зміна температурного режиму до-
вкілля. Результати досліджень та моделювань
роботи ТНУ з вертикальним колектором, на-
ведені в [26–28], показали, що охолодження
ґрунту навколо свердловин відбувається дуже
швидко. Уже через рік експлуатації ТНУ тем-
пература нейтрального шару біля свердловин
знизиться з 10 ᵒС до 1,5 ᵒС [20]. За життєвий
цикл експлуатації ТНУ охолоджені плями
ґрунту, які виникають навколо свердловин,
зімкнуться в одну велику пляму, що зробить
ґрунт непридатним до рослинництва, порушу-
ється екологічна рівновага та виникає диском-
форт для мешканців. Причому, охолодженні
площі будуть в декілька разів перевищувати
14
В. ДЕРІЙ, І. СОКОЛОВСЬКА, О. ТЕСЛЕНКО
ISSN 2786-7102 (Online). Системні дослідження в енергетиці. 2022. 1(70)
площі свердловин. Використання реверсивно-
го режиму ТНУ в теплий період року для охо-
лодження приміщень дещо зменшують ефект
охолодження, але не усувають його повністю
тому, що потреби в теплопостачанні набагато
більші ніж в холодопостачанні. Процес від-
новлення температури ґрунту після виведення
ТНУ із експлуатації займає понад 20 років [26,
28], оскільки тепловий потік від надр землі
становить всього 0,05–0,12 Вт/м2 [29].
Під час використання ТНУ теплоти ґрун-
тових вод вони подаються в теплообмінник, а
охолоджені води зливаються в ґрунт на деякій
відстані від її забору, що призводить до ін-
тенсивного втручання в гідрологічний режим
надр. Крім того, це може призвести до недоста-
чі дебіту або деградації джерела [26, 28].
ТНУ, які використовують теплоту природних
водойм та річок, мають найбільший коефіцієнт
перетворення енергії порівняно із іншими типа-
ми. Їх робота призводить до високого ступеня
охолодження річок та озер [26, 28], наслідки від
чого практично не вивчені.
Теплоту навколишнього повітря доціль-
но використовувати для ТНУ у кліматичних
зонах з температурою не менше як +5 °С та
стабільними погодними умовами. Під час ко-
ливання температур навколишнього повітря
в опалювальний сезон в широкому діапазоні
використання повітряних ТНУ недоцільно
[29]. У разі використання потужних повітря-
них ТНУ необхідно враховувати те, що вони
є джерелом підвищеного рівня шуму для на-
вколишнього середовища. Так, для отриман-
ня 1 кВт теплової потужності потрібно про-
качувати через випарник або теплообмінник в
середньому близько 300 м3/год повітря [30], а
відповідно для 1МВт – 300000 м3/год. І тому
концентрація великого рівня потужності пові-
тряних ТНУ в 300000 м3/год одному місці (ко-
Таблиця 8. Тепловий потенціал димових газів котелень та ТЕЦ
Область Відпуск теплової енергії,
тис. Гкал
Покриття території СЦТ,
% [16]
Доступний потенціал,
тис. Гкал
Доступна потужність,
МВт
Вінницька 2483,2 19 28,4 8,4
Волинська 1388,6 33 27,6 8,1
Дніпропетровська 10517,9 52 329,3 97,0
Донецька 7070,7 46 195,8 57,7
Житомирська 1701,8 12 12,3 3,6
Закарпатська 384,3 0 0,0 0,0
Запорізька 4543,3 53 145,0 42,7
Івано-Франківська 2250,2 10 13,5 4,0
Київська 16641,3 34 808,8 238,2
Кіровоградська 1539,8 16 14,8 4,4
Луганська 1768,6 40 42,6 12,5
Львівська 3523,8 31 65,8 19,4
Миколаївська 4623,4 36 100,2 29,5
Одеська 3255,1 45 88,2 26,0
Полтавська 3936,4 42 99,5 29,3
Рівненська 3353,4 23 46,4 13,7
Сумська 2158,0 37 48,1 14,2
Тернопільська 906,1 11 6,0 1,8
Харківська 8282,5 52 259,3 76,4
Херсонська 1159,9 23 16,1 4,7
Хмельницька 1949,3 22 25,8 7,6
Черкаська 3404,9 28 57,4 16,9
Чернівецька 503,4 17 5,2 1,5
Чернігівська 1608,0 24 23,2 6,8
Всього 88954,1 2459,2 724,3
15
Оцінка потенціалу джерел низькопотенційної теплоти для теплонасосних установок систем централізованого теплопостачання
ISSN 2786-7102 (Online). System Research in Energy. 2022. 1(70)
тельні) призведе до створення високого рівня
шуму та дискомфорту в житловій зоні. Існує
великий ризик обмерзання випарника ТНУ у
разі використання ТН типу «повітря-вода».
Ця обставина означає, що у разі впроваджен-
ня повітряних ТНУ великої потужності існує
загроза зміни мікроклімату житлового масиву
(переохолодження в холодну пору року та пе-
регрів влітку).
Тому для ТНУ необхідно перш за все вико-
ристовувати теплоту штучного походження –
вентиляційних викидів будівель, каналізацій-
них стоків, технологічних процесів промисло-
вості, димових газів котелень та ТЕЦ. Потенці-
ал таких джерел за оцінками авторів становить
3,68 МВт.
4. Висновки
В результаті проведених досліджень:
Оцінено тепловий потенціал вентиляційних
викидів будівель, під’єднаних до систем центра-
лізованого теплопостачання, стічних каналізацій-
них вод, теплоти ґрунтів та ґрунтових вод, тепло-
ти повітря, скидної теплоти котелень та ТЕЦ та
теплоти великих річок в розрізі областей України.
Визначено доступність теплового потенці-
алу досліджених джерел низько потенційної
теплоти для теплонасосних установок систем
централізованого теплопостачання.
Показано, що загальний тепловий потенці-
ал вищезгаданих джерел становить 4,97 ГВт,
що дозволяє використовувати теплонасосні
установки в системах централізованого тепло-
Таблиця 9. Потужність джерел низькопотенційної теплоти, які доступні для ТНУ СЦТ, МВт
Область
Вентиляційні
викиди теплоти
будівель,
приєднаних
до СЦТ
Стічні
води
Теплота
ґрунтів та
ґрунтових
вод
Теплота
повітря
Скидна
теплота
котелень та
ТЕЦ
Теплота
річок Разом
Вінницька 45,0 2,9 3,2 5,0 8,4 5,2 69,8
Волинська 40,6 3 3,2 10,5 8,1 65,4
Дніпропетровська 225,0 60,1 7,3 165,0 97,0 54,7 609,0
Донецька 142,1 22,5 20,3 178,8 57,7 6,2 427,5
Житомирська 22,6 1,4 1,7 3,8 3,6 33,1
Закарпатська 0,0 0 0,0 0,0 0,0 0,0
Запорізька 122,5 19,5 6,2 70,2 42,7 261,1
Івано-Франківська 18,2 2,2 0,2 3,2 4,0 1,9 29,8
Київська 451,8 108,2 2,2 110,5 238,2 35,7 946,7
Кіровоградська 21,8 1,7 4,4 8,5 4,4 18,2 58,9
Луганська 42,5 6,4 13,0 61,3 12,5 5,4 141,1
Львівська 96,2 19,4 2,1 20,5 19,4 5,9 163,4
Миколаївська 48,1 5,6 1,4 17,1 29,5 3,1 104,8
Одеська 117,5 18,7 2,9 39,3 26,0 29,7 234,0
Полтавська 86,4 8,6 2,3 33,3 29,3 44,2 204,0
Рівненська 30,3 2,9 1,7 4,9 13,7 53,5
Сумська 63,3 4 2,9 17,6 14,2 102,0
Тернопільська 17,1 1 0,7 1,7 1,8 2,1 24,4
Харківська 85,8 35,2 2,6 111,3 76,4 7,0 318,3
Херсонська 28,5 2,5 1,3 6,1 4,7 24,2 67,3
Хмельницька 41,8 2,9 1,2 7,0 7,6 6,1 66,7
Черкаська 51,7 5,2 4,4 11,8 16,9 29,4 119,5
Чернівецька 19,7 1,1 0,7 7,2 1,5 19,5 49,7
Чернігівська 52,0 2,7 1,2 10,1 6,8 72,9
Всього 1870,6 337,7 87,2 904,7 724,3 298,5 4223,0
16
В. ДЕРІЙ, І. СОКОЛОВСЬКА, О. ТЕСЛЕНКО
ISSN 2786-7102 (Online). Системні дослідження в енергетиці. 2022. 1(70)
постачання загальною потужністю потужністю
близько 7,5 ГВт.
У разі використання теплонасосними уста-
новками природних джерел низькопотенційної
теплоти необхідно враховувати, що інтенсивна
їх експлуатація може призвести до їх швидкого
теплового виснаження та суттєвого впливу на
довкілля. Тому необхідно підтримувати такий
рівень використання енергії природних тепло-
вих джерел, який дозволив би експлуатувати їх
без шкоди для навколишнього середовища.
Посилання
1. Атлас енергетичного потенціалу відновлюва-
них та нетрадиційних джерел енергії України. К.:
Інститут електродинаміки НАН України, 2001. 41 с.
2. Снєжкін Ю.Ф. Енергоефективні теплонасосні
технології: стан та перспективи їх впровадження в
Україні. Промышленная теплотехника. 2017. Т. 39,
№ 2. С. 18—24.
3. Кудря С.О. Потенціал розвитку нетрадицій-
них і відновлюваних джерел енергії. Підвищення
енергоефективності та стимулювання використан-
ня відновлюваної енергії в агро-харчових та інших
малих та середніх підприємствах (МСП) України.
Агентство ООН з питань промислового розвитку.
К., 2015. 48 с.
4. Енергія довкілля. Сайт Державного агент-
ства з енергоефективності та енергозбереження
України. URL: https://saee.gov.ua/ae/termo-energy
(дата звернення: 07.05.2022).
5. Морозов Ю.П., Величко В.В., Кушнір І.О. Оцін-
ка теплового потенціалу верхніх шарів Землі на те-
риторії України. Відновлювана енергетика. 2018.
№ 4 (55). С. 84—92. https://doi.org/10.36296/1819-
8058.2018.4(55).84-92
6. Фиалко Н.М. Анализ состояния и перспектив
использования вторичных энергетических ресурсов
в теплоэнергетике Украины. Современная наука:
исследования, идеи, результаты, технологии. Дне-
пропетровск: НПВК «Триакон». 2013. Вып. 2(13).
С. 99—104.
7. Куц Г.О. Використання теплових вторинних енер-
горесурсів у системах теплопостачання міст. Пробле-
ми загальної енергетики. 2010. Вип. 1(21). С. 47—53.
8. Енергоефективність та відновлювальні дже-
рела енергії; під заг. ред. А.К. Шидловського. К.:
Українські енциклопедичні знання, 2007. 560 c.
9. Білодід В.Д. Оцінка можливостей підвищення
енергетичної ефективності ТЕЦ шляхом викорис-
тання теплонасосних установок. Проблеми загаль-
ної енергетики. 2015. Вип. 2(41). С. 48—56. https://
doi.org/10.15407/pge2015.02.048
10. Kulyk M.M, Bilodid V.D. Operational conditions of
combined heat-and-power plants with heat pumps and the
attainable utilization capacities of heat pumps at such plants
in the Integrated Power System of Ukraine. The Problems
of General Energy. 2014. Issue 1(36). P. 33—38.
11. Дерій В.О., Соколовська І.С., Тесленко О.І.
Огляд джерел низькопотенційної теплоти для те-
плонасосних установок систем централізованого
теплопостачання. Проблеми загальної енергети-
ки. 2022. Вип. 1-2 (68-69). С. 30—41. https://doi.
org/10.15407/pge2022.01-02.030
12. Про необхідність впровадження енергоефек-
тивних заходів. URL: https://www.minregion.gov.
ua/press/news/pro-neobhidnist-vprovadzhennya-
energoefektyvnyh-zahodiv-rozyasnennya-minregionu/
(дата звернення: 07.05.2022).
13. Житловий фонд України. Статистичний збір-
ник. Київ. 2018. URL: http://www.ukrstat.gov.ua/
druk/publicat/kat_u/2018/zb/07/zb_jf_2017_pdf.pdf
14. Про теплопостачання: Закон України від 2 червня
2005 року № 2633-IV. URL: https://zakon.rada.gov.ua/
laws/show/2633-15#Text (дата звернення: 07.06.2022).
15. Как сохранить и развивать централизованное
теплоснабжение в Украине. URL: http://jkg-portal.
com.ua/ru/publication/one/jak-zberegti--rozvivati-
centralzovane-teplopostachannja-v-ukrajin-53570.
16. Розвиток відновлюваних джерел енергії в Укра-
їні. URL: https://www.minregion.gov.ua/wp-content/
uploads/2017/03/Rozvitok-VDE-v-Ukrai--ni.pdf (дата
звернення: 07.06.2022).
17. Дерій В.О. Можливості впровадження елек-
тричних теплогенераторів в системах централі-
зованого теплопостачання. Проблеми загальної
енергетики. 2017. Вип. 3(50). С. 50—59. https://doi.
org/10.15407/pge2017.03.050
18. ДСТУ-Н Б В.1.1-27:2010 Захист від небезпеч-
них геологічних процесів, шкідливих експлуатацій-
них впливів, від пожежі. Будівельна кліматологія.
URL: http://uas.org.ua/wp-content/uploads/2019/01/
dstu-n_b_v.1.1-27_2010.pdf.
19. ДБН В.2.2-15-2005 Будинки і споруди. Житло-
ві будинки. Основні положення. URL: http://www.
ecodim.com.ua/ukr/info/documents/dbn-v22-15-2005/
20. Уланов Н.М., Уланов М.М., Соломко В.Д. Ис-
пользование низкопотенциального тепла вод раз-
личного происхождения для теплоснабжения в
ЖКХ и других отраслях экономики Украины. URL:
http://www.journal.esco.co.ua/2012_8/art190.htm
(дата звернення: 07.06.2022).
21. Мировой рынок тепловых насосов «воздух-
вода». Мир климата. № 117 (2019). URL: https://
mir-klimata.info/archive/2019_6/mir_news_117/ (дата
звернення: 17.12.2021).
22. Вишневський В.І. Річки і водойми України:
стан і використання. К.: Віпол, 2000. 376 с.
23. Вторинні енергетичні ресурси: поняття, види,
класифікація, використання, гідності та недо-
ліки застосування. URL: https://publish.com.ua/
navchannia/vtorinni-energetichni-resursi-ponyattya-
vidi-klasifi katsiya-vikoristannya-gidnosti-ta-nedoliki-
zastosuvannya.html#teplovi-vtorynni-enerhetychni-
resursy (дата звернення: 07.06.2022).
24. Виробництво промислової продукції за видами
по регіонах України за 2019 р. Держстат України.
URL: http://www.ukrstat.gov.ua/operativ/operativ2021/
pr/ovp/vppr_ue_2019.xlsx (дата звернення: 17.12.2021).
25. Постачання та використання енергії у 2020 р.
Державна служба статистики. URL: http://www.
ukrstat.gov.ua/
17
Оцінка потенціалу джерел низькопотенційної теплоти для теплонасосних установок систем централізованого теплопостачання
ISSN 2786-7102 (Online). System Research in Energy. 2022. 1(70)
ESTIMATION OF THE POTENTIAL OF LOW GRADE HEAT SOURCES
FOR HEAT PUMP PLANTS IN DISTRICT HEATING SYSTEMS
Volodymyr Derii*, PhD (Engin.), Senior Researcher, https://orcid.org/0000-0002-5689-4897
Irina Sokolovska, PhD (Engin.), https://orcid.org/0000-0003-1959-9837
Oleksandr Teslenko, PhD (Engin.), https://orcid.org/0000-0002-3772-5991
Institute of General Energy on NAS of Ukraine, 172, Antonovych Str., 03150, Kyiv, Ukraine;
e-mail: info@ienergy.kiev.ua
* Corresponding author: derii.volodymyr@gmail.com
Abstract. Methodology and calculation formulas are proposed for estimating the thermal
potential and its distribution by the regions of Ukraine for natural and artifi cial (anthro-
pogenic) low-grade heat sources: ambient air, ventilation emissions of buildings connect-
ed to district heating systems, soils and groundwater, large rivers, wastewater, waste heat
of boilers and CHPs, and industrial waste heat. The availability of thermal potential of
these sources for heat pump plants of district heating systems has been determined. Annu-
al heat potential and average annual capacity were estimated for each of these sources.
It is shown that the annual heat potential and average annual capacity available for heat
pump plants in district heating systems are: 9,735 thous. Gcal and 905 MW for ambient
air; 25,655 thous. Gcal and 1,871 MW for ventilation emissions of buildings; 2,628 thous.
Gcal and 87 MW for soil and groundwater; 3,212 thous. Gcal and 299 MW for large
rivers; 4,545 thous. Gcal and 338 MW for wastewater; 2,459 thous. Gcal and 724 MW
for waste heat of boilers and CHPs; 7,661 thous. Gcal and 214 MW for industrial waste
heat, respectively. The total thermal potential of the above-mentioned sources is 4.97 GW
which enables the use of heat pump plants in district heating systems with a total capacity
of about 7.5 GW. In the case of heat pump plants using low grade heat sources of natural
origin, it must be taken into account that their intensive use can lead to their rapid ther-
mal exhaustion and a signifi cant impact on the environment. Therefore, it is necessary to
maintain such level of energy use of natural low grade heat sources that would enable
their exploitation without harming the environment. In the conditions of densely built-up
cities of Ukraine, the use of heat of the soil and groundwater for heat pump plants will be
limited due to the shortage of free land plots. It will also be problematic to use powerful
air heat pump plants in populated areas due to their high noise level.
Keywords: heat pump plant, district heating systems, low grade heat source, thermal
potential.
26. Трушевский С.Н. Вариативность мощности
термоскважин ТНУ при отрицательных темпе-
ратурах грунта. URL: http://www.c-o-k.ru/articles/
termoskvazhiny-dlya-teplonasosov-ekologicheskiy-
aspekt (дата звернення: 07.12.2021).
27. Тепловые насосы в современной промыш-
ленности и коммунальной инфраструктуре. URL:
https://docplayer.ru/47616998-Teplovye-nasosy-
v-sovremennoy-promyshlennosti-i-kommunalnoy-
infrastrukture-informacionno-metodicheskoe-izdanie.
html (дата звернення: 17.12.2021).
28. Трушевский С.Н. Термоскважины для те-
плонасосов: экологический аспект. URL: http://
www.c-o-k. ru/ar t ic les / termoskvazhiny-dlya-
teplonasosov-ekologicheskiy-aspekt (дата звернен-
ня: 17.12.2021).
29. Осадчий Г.Б. Условия эффективного использо-
вания тепловых насосов в России. URL: http://www.
holodilshchik.ru/Usloviya_eff _isp_tepl_ nasosov_III_
Osadchiy.pdf (дата звернення: 17.12.2021).
30. Руководство по проектированию. Тепловые
насосы. Viessmann Werke GmbH &Co, 2011, 125 с.
References
1. Atlas enerhetychnoho potentsialu vidnovliuvanykh ta
netradytsiinykh dzherel enerhii Ukrainy. (2001). K.: Insty-
tut elektrodynamiky NAN Ukrainy. 41 р. [in Ukrainian].
2. Sniezhkin, Yu.F. (2017). Enerhoefektyvni
teplonasosni tekhnolohii: stan ta perspektyvy yikh
vprovadzhennia v Ukraini. Promyshlennaya teplotekh-
nika, Vol. 39, No. 2, 18-24 [in Ukrainian].
3. Kudria, S.O. (2015). Potentsial rozvytku ne-
tradytsiinykh i vidnovliuvanykh dzherel enerhii.
Pidvyshchennia enerhoefektyvnosti ta stymuli-
uvannia vykorystannia vidnovliuvanoi enerhii v
ahro- kharchovykh ta inshykh malykh ta serednikh
pidpryiemstvakh (MSP) Ukrainy. Ahentstvo OON
z pytan promyslovoho rozvytku. Kyiv. 48 p. [in
Ukrainian].
18
В. ДЕРІЙ, І. СОКОЛОВСЬКА, О. ТЕСЛЕНКО
ISSN 2786-7102 (Online). Системні дослідження в енергетиці. 2022. 1(70)
4. Enerhiia dovkillia. Sait Derzhavnoho ahentstva
z enerhoefektyvnosti ta enerhozberezhennia Ukrainy.
URL: https://saee.gov.ua/ae/termo-energy.
5. Morozov, Yu., Velychko, V., & Kushnir, I. (2008).
Evaluation of the heat potential of the upper layers of
the earth on the territory of Ukraine. Vidnovluvana en-
ergetika, 4(55), 84–92. https://doi.org/10.36296/1819-
8058.2018.4(55).84-92
6. Fialko, N.M. (2013). Analiz sostoyaniya i pers-
pektiv ispol’zovaniya vtorichnykh energeticheskikh
resursov v teploenergetike Ukrainy. Modern Science:
Researches, Ideas, Results, Technologies, 2(13), 99-
104 [in Russian].
7. Kuts, G.O. (2010). The use thermal secondary pow-
er resources in the urban heat supply systems. The Prob-
lems of General Energy, 1(21), 47-53 [in Ukrainian].
8. Shydlovskyi, A.K. (Ed.). (2007). Enerhoefektyvnist
ta vidnovliuvalni dzherela enerhii. Kyiv: Ukrainski ent-
syklopedychni znannia. 560 p. [in Ukrainian].
9. Bilodid, V.D. (2015). Assessing the possibili-
ties for improving energy effi ciency of TPPs based
on fl ue gas heat exchangers and using heat pump in-
stallations. The Problems of General Energy, 2(41),
48-56 [in Ukrainian]. https://doi.org/10.15407/
pge2015.02.048
10. Kulyk, M.M, & Bilodid, V.D. (2014). Operational
conditions of combined heat-and-power plants with
heat pumps and the attainable utilization capacities
of heat pumps at such plants in the Integrated Power
System of Ukraine. The Problems of General Energy,
1(36), 39-45 [in Ukrainian].
11. Derii, V.O., Sokolovska, I.S., & Teslenko, O.I.
(2022). Overview of low grade heat sources for heat
pump plants in district heating systems. The Problems
of General Energy, 1-2(68-69), 30–41 [in Ukrainian].
https://doi.org/10.15407/pge2022.01-02.030
12. Pro neobkhidnist vprovadzhennia enerhoefek-
tyvnykh zakhodiv. URL: https://www.minregion.gov.
ua/press/news/pro-neobhidnist-vprovadzhennya-en-
ergoefektyvnyh-zahodiv-rozyasnennya-minregionu/
(Last accessed: 07.05.2022) [in Ukrainian].
13. Zhytlovyi fond Ukrainy. Statystychnyi zbirnyk.
Kyiv. 2018. URL: http://www.ukrstat.gov.ua/druk/
publicat/kat_u/2018/zb/07/zb_jf_2017_pdf.pdf [in
Ukrainian].
14. On Heat Supply: Law of Ukraine vid 02.06.2005
No. 2633-IV. URL: https://zakon.rada.gov.ua/laws/
show/2633-15#Text (Last accessed: 07.06.2022) [in
Ukrainian].
15. Kak sokhranit’ i razvivat’ tsentralizovannoye
teplosnabzheniye v Ukraine. URL: http://jkg-portal.
com.ua/ru/publication/one/jak-zberegti--rozviva-
ti-centralzovane-teplopostachannja-v-ukrajin-53570.
16. Rozvytok vidnovliuvanykh dzherel enerhii
v Ukraini. URL: https://www.minregion.gov.ua/
wp-content/uploads/2017/03/Rozvitok-VDE-v-Uk-
rai--ni.pdf (Last accessed: 07.06.2022) [in Ukrainian].
17. Derii, V.O. (2017). Possibilities of the introduc-
tion of electric heat-generators in district heating sys-
tems of Ukraine. The Problems of General Energy,
3(50), 50-59 [in Ukrainian]. https://doi.org/10.15407/
pge2017.03.050
18. DSTU-N B V.1.1-27:2010 Protection against the
dangerous geological processes, harmful operation-
al infl uences, against the fi re. Building climatology.
URL: http://uas.org.ua/wp-content/uploads/2019/01/
dstu-n_b_v.1.1-27_2010.pdf [in Ukrainian].
19. DBN V.2.2-15-2005 Budynky i sporudy.
Zhytlovi budynky. Osnovni polozhennia. URL:
http://www.ecodim.com.ua/ukr/info/documents/
dbn-v22-15-2005/ [in Ukrainian].
20. Ulanov, N.M.. Ulanov, M.M., & Solomko, V.D.
(2012). Ispolzovaniye nizkopotentsialnogo tepla vod
razlichnogo proiskhozhdeniya dlya teplosnabzheniya
v ZhKKh i drugikh otraslyakh ekonomiki Ukrainy.
URL: http://www.journal.esco.co.ua/2012_8/art190.
htm (Last accessed: 07.06.2022) [in Russian].
21. Mirovoy rynok teplovykh nasosov «vozdukh-vo-
da». (2019). Mir klimata. № 117. URL: https://
mir-klimata.info/archive/2019_6/mir_news_117/
(Last accessed:17.12.2021) [in Russian].
22. Vyshnevskyi, V.I. (2000). Richky i vodoimy Ukrainy:
stan i vykorystannia. K.: Vipol. 376 p. [in Ukrainian].
23. Vtorynni enerhetychni resursy: poniattia, vydy,
klasyfi katsiia, vykorystannia, hidnosti ta nedoliky
zastosuvannia. URL: https://publish.com.ua/navchan-
nia/vtorinni-energetichni-resursi-ponyattya-vidi-klas-
ifi katsiya-vikoristannya-gidnosti-ta-nedoliki-zastosu-
vannya.html#teplovi-vtorynni-enerhetychni-resursy
(Last accessed: 07.06.2022) [in Ukrainian].
24. Vyrobnytstvo promyslovoi produktsii za vy-
damy po rehionakh Ukrainy za 2019 r. Derzhstat
Ukrainy. URL: http://www.ukrstat.gov.ua/operativ/
operativ2021/pr/ovp/vppr_ue_2019.xlsx (Last ac-
cessed:17.12.2021) [in Ukrainian].
25. Postachannia ta vykorystannia enerhii u 2020
r. Derzhavna sluzhba statystyky. URL: http://www.
ukrstat.gov.ua/
26. Trushevskiy, S.N. Variativnost moshchnosti ter-
moskvazhin TNU pri otritsatelnykh temperaturakh
grunta. URL: http://www.c-o-k.ru/articles/termosk-
vazhiny-dlya-teplonasosov-ekologicheskiy-aspekt
(Last accessed: 07.12.2021) [in Russian].
27. Teplovyye nasosy v sovremennoy promyshlen-
nosti i kommunalnoy infrastrukture. URL: https://
docplayer.ru/47616998-Teplovye-nasosy-v-sovre-
mennoy-promyshlennosti-i-kommunalnoy-infras-
trukture-informacionno-metodicheskoe-izdanie.html
(Last accessed: 17.12.2021) [in Russian].
28. Trushevskiy, S.N. Termoskvazhiny dlya teplonaso-
sov: ekologicheskiy aspekt. URL: http://www.c-o-k.ru/
articles/termoskvazhiny-dlya-teplonasosov-ekologich-
eskiy-aspekt (Last accessed: 17.12.2021) [in Russian].
29. Osadchiy, G.B. Usloviya eff ektivnogo ispolzo-
vaniya teplovykh nasosov v Rossii. URL: http://
www.holodilshchik.ru/Usloviya_eff _isp_tepl_ naso-
sov_III_ Osadchiy.pdf (Last accessed: 17.12.2021)
[in Russian].
30. Rukovodstvo po proyektirovaniyu. Teplovyye na-
sosy. (2011). Viessmann Werke GmbH &Co, 125 p.
[in Russian].
Надійшла до редколегії: 06.09.2022
|
| id | systemreorg-article-567 |
| institution | System Research in Energy |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:18:12Z |
| publishDate | 2022 |
| publisher | General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | systemreorg/3b/09e52f507b0324e37415ac6788d6d63b.pdf |
| spelling | systemreorg-article-5672026-07-18T12:57:42Z Estimation of the potential of low grade heat sources for heat pump plants in district heating systems Оцінка потенціалу джерел низькопотенційної теплоти для теплонасосних установок систем централізованого теплопостачання Derii , Volodymyr Sokolovska , Irina Teslenko , Oleksandr heat pump plant, district heating systems, low grade heat source, thermal potential теплонасосні установки, системи централізованого теплопостачання, джерела низькопотенційної теплоти, тепловий потенціал Methodology and calculation formulas are proposed for estimating the thermal potential and its distribution by the regions of Ukraine for natural and artificial (anthropogenic) low-grade heat sources: ambient air, ventilation emissions of buildings connected to district heating systems, soils and groundwater, large rivers, wastewater, waste heat of boilers and CHPs, and industrial waste heat. The availability of thermal potential of these sources for heat pump plants of district heating systems has been determined. Annual heat potential and average annual capacity were estimated for each of these sources. It is shown that the annual heat potential and average annual capacity available for heat pump plants in district heating systems are: 9,735 thous. Gcal and 905 MW for ambient air; 25,655 thous. Gcal and 1,871 MW for ventilation emissions of buildings; 2,628 thous. Gcal and 87 MW for soil and groundwater; 3,212 thous. Gcal and 299 MW for large rivers; 4,545 thous. Gcal and 338 MW for wastewater; 2,459 thous. Gcal and 724 MW for waste heat of boilers and CHPs; 7,661 thous. Gcal and 214 MW for industrial waste heat, respectively. The total thermal potential of the above-mentioned sources is 4.97 GW which enables the use of heat pump plants in district heating systems with a total capacity of about 7.5 GW. In the case of heat pump plants using low grade heat sources of natural origin, it must be taken into account that their intensive use can lead to their rapid thermal exhaustion and a significant impact on the environment. Therefore, it is necessary to maintain such level of energy use of natural low grade heat sources that would enable their exploitation without harming the environment. In the conditions of densely built-up cities of Ukraine, the use of heat of the soil and groundwater for heat pump plants will be limited due to the shortage of free land plots. It will also be problematic to use powerful air heat pump plants in populated areas due to their high noise level. Запропоновано методику та розрахункові формули для оцінки теплового потенціалу та його розподілу по областям України природніх та штучних (антропогенних) джерел низькопотенційної теплоти таких як: навколишнє повітря, вентиляційні викиди будівель, під’єднаних до систем централізованого теплопостачання, ґрунти та ґрунтові води, великі річки, стічні каналізаційні води, технологічні скиди котелень та ТЕЦ, теплові вторинні енергетичні ресурси у промисловості. Визначено доступність теплового потенціалу цих джерел для теплонасосних установок систем централізованого теплопостачання. Для кожного з цих джерел оцінено річний тепловий потенціал та середньорічну потужність Показано, що доступний для теплонасосних установок систем централізованого теплопостачання річний тепловий потенціал та середньорічна потужність становить для: навколишнього повітря – 9735 тис Гкал та 905 МВт; вентиляційних викидів будівель – 25655 тис. Гкал та 1871 МВт; ґрунту та ґрунтових вод – 2628 тис. Гкал та 87 МВт; великих річок – 3212 тис. Гкал та 299 МВт; стічних каналізаційних вод – 4545 тис. Гкал та 338 МВт; технологічних скидів котелень та ТЕЦ – 2459 тис. Гкал та 724 МВт; теплових вторинних енергетичних ресурсів у промисловості 7661 тис. Гкал та 214 МВт відповідно. Загальний тепловий потенціал зазначених вище джерел становить 4,97 ГВт, що дозволяє використовувати теплонасосні установки в системах централізованого теплопостачання загальною потужністю близько 7,5 ГВт. У разі використання теплонасосними установками джерел низькопотенційної теплоти природного походження необхідно враховувати, що інтенсивна їх експлуатація може призвести до їх швидкого теплового виснаження та суттєвого впливу на довкілля. Тому необхідно підтримувати такий рівень використання енергії природних джерел низькопотенційної теплоти, який дозволив би експлуатувати їх без шкоди для навколишнього середовища. В умовах щільної забудови міст України використання теплоти ґрунту та ґрунтових вод для теплонасосних установок буде обмеженим через дефіцит вільних земельних ділянок. Також проблематичним буде використання потужних повітряних теплонасосних установок у населених пунктах через їх великий рівень шуму. General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine 2022-10-19 Article Article application/pdf https://systemre.org/index.php/journal/article/view/567 10.15407/srenergy2022.01.004 System Research in Energy; No. 1 (70) (2022): System Research in Energy; 4-18 Системні дослідження в енергетиці; № 1 (70) (2022): Системні дослідження в енергетиці; 4-18 2786-7102 2786-7633 uk https://systemre.org/index.php/journal/article/view/567/496 Copyright (c) 2022 Volodymyr Derii , Irina Sokolovska , Oleksandr Teslenko https://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0 |
| spellingShingle | heat pump plant district heating systems low grade heat source thermal potential Derii , Volodymyr Sokolovska , Irina Teslenko , Oleksandr Estimation of the potential of low grade heat sources for heat pump plants in district heating systems |
| title | Estimation of the potential of low grade heat sources for heat pump plants in district heating systems |
| title_alt | Оцінка потенціалу джерел низькопотенційної теплоти для теплонасосних установок систем централізованого теплопостачання |
| title_full | Estimation of the potential of low grade heat sources for heat pump plants in district heating systems |
| title_fullStr | Estimation of the potential of low grade heat sources for heat pump plants in district heating systems |
| title_full_unstemmed | Estimation of the potential of low grade heat sources for heat pump plants in district heating systems |
| title_short | Estimation of the potential of low grade heat sources for heat pump plants in district heating systems |
| title_sort | estimation of the potential of low grade heat sources for heat pump plants in district heating systems |
| topic | heat pump plant district heating systems low grade heat source thermal potential |
| topic_facet | heat pump plant district heating systems low grade heat source thermal potential теплонасосні установки системи централізованого теплопостачання джерела низькопотенційної теплоти тепловий потенціал |
| url | https://systemre.org/index.php/journal/article/view/567 |
| work_keys_str_mv | AT deriivolodymyr estimationofthepotentialoflowgradeheatsourcesforheatpumpplantsindistrictheatingsystems AT sokolovskairina estimationofthepotentialoflowgradeheatsourcesforheatpumpplantsindistrictheatingsystems AT teslenkooleksandr estimationofthepotentialoflowgradeheatsourcesforheatpumpplantsindistrictheatingsystems AT deriivolodymyr ocínkapotencíaludžerelnizʹkopotencíjnoíteplotidlâteplonasosnihustanovoksistemcentralízovanogoteplopostačannâ AT sokolovskairina ocínkapotencíaludžerelnizʹkopotencíjnoíteplotidlâteplonasosnihustanovoksistemcentralízovanogoteplopostačannâ AT teslenkooleksandr ocínkapotencíaludžerelnizʹkopotencíjnoíteplotidlâteplonasosnihustanovoksistemcentralízovanogoteplopostačannâ |